Estudo de Caso Real Para Capacitação de Forjarias Brasileiras na Simulação Numérica

Representatividade da Simulação nas Edições da Revista FORGE Edição Brasileira

Quantidade de artigos relevantes (decrescido dos assuntos de simulação) Quantidade de artigos relevantes sobre simulação Mediana Representatividade da simulação por edição

Capa dedicada a um artigo de simulação

Colunas dedicadas a abordagem de simulação

Gráfico. 1. Representatividade da simulação nas edições da revista Forge edição brasileira

Artigos e colunas publicados Assuntos Abordados nas Revistas FORGE Edições Brasileiras

Porcentagem acumulada

Quantidade de artigos publicados por assuntos Porcentagem acumulada

Gráfico. 2. Assuntos abordados nas revistas Forge edições brasileiras

Indústria; 1; 3%

Academia; 18; 56%

Softwares e consultorias; 13; 41%

Gráfico. 3. Área de publicação dos artigos sobre simulação

artigo sobre simulação numérica e, quatro anos depois, passou a incluir rigorosamente uma coluna dedicada à abordagem de simulação computacional para conformação plástica através do processo de forjamento.

O Gráfico 1 retrata esse cenário. A análise feita a partir de vinte e duas edições da revista Forge edição brasileira traz nas colunas em azul a quantidade de artigos publicados que não tratam de simulações por elementos finitos, já as colunas em laranja, indicadas acima destas, apontam os artigos e colunas que abordaram em seus assuntos a simulação numérica.

Ao levantar uma abordagem mais aprofundada de todas as 191 publicações na revista Forge, é possível observar que existem alguns temas que são frequentemente abordados, como é o caso das expectativas do mercado, o uso de lubrificantes e discussões sobre tecnologias, conforme mostra o Gráfico 2 abaixo. Assim, através de um diagrama de Pareto, quaisquer um desses assuntos se tornaria um forte candidato para uma pesquisa no segmento dos forjados. Foi pensando nisso que, no segundo semestre de 2019, o tema “simulação numérica para grandes deformações a quente” foi escolhido para desenvolvimento do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) de Engenharia Mecânica no Centro Universitário FEI em São Bernardo do Campo.

Depois de escolhido o tema relevante a partir das edições da revista Forge, faz-se ainda necessário saber se, de fato, o trabalho terá um impacto significativo na indústria de forjamento. Para isso, foi feita uma análise dos 32 artigos e colunas publicados que continham conteúdos sobre simulação numérica. O resultado aponta que apenas 1 artigo foi em sua totalidade publicado pela indústria, do restante, 13 publicações envolviam pelo menos um autor ligado às empresas de apoio às forjarias – empresas de vendas de softwares ou consultorias – e 56% de todo esse conteúdo destina-se às publicações feitas por autores relacionados ao meio acadêmico, como representado no Gráfico 3 abaixo.

Com isso, durante a primeira parte de desenvolvimento do projeto, através de visitas à indústria, de conversas com profissionais do setor e com apoio de revisões científicas, pôde-se identificar que as principais causas das forjarias deixarem de protagonizar o papel de desenvolvimento tecnológico neste assunto são os altos custos para a compra de equipamentos e da licença, alto aporte de investimento para capacitação de seus profissionais e um escasso tempo que os profissionais deste ramo possuem disponível para investir em novos aprendizados, implicando em maior defasagem entre os conhecimentos

Formação de Capital Humano Geração de conhecimento e tecnologia Forjarias

Academia

Empresas de apoio

Desenvolvimento de Software Geração de conhecimento

Fig. 2. Grupos de suporte às forjarias e suas interações Consultoria Software Treinamento Hotline

Competitividade

Benefício

Custo

Fig. 3. Composição da competitividade

Inovações Soluções Desenvolvomento Tecnológico Competitividade Forjarias

Academia Empresas de apoio

Fig. 4. Interseção entre os grupos de suporte e às forjarias

da academia e os conhecimentos que se têm de fato dentro das forjarias brasileiras.

Paralelamente, com a alta demanda deste setor pela sua produtividade, a fim de continuar no mercado, o quadro de funcionários acaba sendo reduzido, o que gera uma sobrecarga de trabalho, impossibilitando esses funcionários a buscarem novas oportunidades tecnológicas, e, consequentemente, pode-se observar um aumento na defasagem dos processos brasileiros em relação aos demais países desenvolvidos quando o assunto é tecnologia.

Sabe-se que, ainda hoje, a importância dos forjados é essencial para o mundo da mobilidade, já que mais de 70% de massa dos componentes de uma transmissão são feitos pelo processo de forjamento [3] . Isso se deve, ao refino de grão e aumento de resistência mecânica, tenacidade e à fadiga, além do fibramento, que dificulta a propagação de trincas pelas solicitações perpendiculares às linhas deste fluxo, se sobressaindo aos processos de conformação convencionais, como a fundição e a usinagem, em alguns casos (Fig. 1) [4] .

No Brasil, o cenário econômico veio sofrendo muitas derrapadas nas últimas décadas de forma que as forjarias nacionais foram perdendo espaço na indústria global. As forjarias que sobreviveram presenciam hoje um cenário acirrado de competição, no qual as grandes empresas contêm conhecimento e tecnologia para continuar operando no mercado e as demais buscam incessantemente novos meios para se manter nele, requerendo ainda mais esforços para conquistar novos clientes.

No cenário atual do país, com a crescente indústria da mobilidade [6] , são necessários caminhões, ônibus, tratores e veículos de transporte individuais para atenderem as dimensões continentais do Brasil. Além disso, a importação de veículos se torna cada vez mais dificultosa a curto prazo em períodos de instabilidade econômicas, como a alta cotação monetária [7] e o caso da epidemia do COVID-19 que se iniciou em Wuhan, a “Detroit chinesa”, o qual, apesar de não possuir risco de desabastecimento de peças nas montadoras brasileiras, já interrompeu a produção de linhas de montagem em outros países [8] . Somado a isso, com a queda da Selic, caem os juros em todo o mercado, o que corrobora para juros mais baixos de empréstimos e investimentos produtivos, como maquinário, modernização e consu

mo, convergindo assim para uma situação mais favorável à produção nacional de componentes forjadas para abastecimento da indústria automobilística no Brasil.

Em dezembro de 2019, antes mesmo do SARS-CoV-2 chegar ao Brasil, o desemprego no país atingia quase 12 milhões de pessoas [9] , com a situação atual, este número poderá dobrar até agosto de 2020 [10] , portanto, o país precisará gerar novos empregos, o que só acontecerá se essas empresas se mostrarem competitivas, particularmente num mundo em que a indústria 4.0 é a tendência. Nesse cenário, estão presentes robôs autônomos, internet das coisas, manufatura aditiva, computação em nuvem, ciberseguranca, dentre outros, os quais se destaca também a simulação [11] .

Assim, para sair do caminho do desemprego e do baixo lucro, as forjarias precisam de pessoas mais capacitadas tecnologicamente para assumirem uma postura ativa frente às tecnologias emergentes, para que programas de incentivos e melhoria, como Rota 2030 [12] , possam ser incorporados no escopo dessas indústrias, e, consequentemente, ser possível a elas acompanharem o desenvolvimento não só de seus principais clientes – que possuem parcerias enraizadas com as universidades –, mas também para conseguirem competir com o cenário mundial. Para isso, é necessário que a indústria comece a intensificar parcerias acadêmicas, buscando novos programas que fomentem o desenvolvimento tecnológico, como o projeto Ferramentarias Brasileiras Mais Competitivas (FeB+C) [13] . Estes programas trazem oportunidades de renovação do ambiente produtivo das forjarias e oferece subsídios que estimulam a adesão aos mesmos. Dessa maneira, as forjarias precisam deixar de acreditar que Pesquisa e Desenvolvimento é uma área de baixo retorno de investimento e começar a enxergar essas parcerias como um investimento e sobrevivência para o mercado interno e externo.

Logo, o projeto, de parceria Indústria-Academia, busca o caminho contrário ao adotado muitas vezes pelo meio acadêmico, que sugere melhorias através de revisões cientificas para tentar trazê-las, depois, para um plano real. Utilizando o caminho reverso, o trabalho explora as oportunidades no campo através do levantamento de dados para que possa, de fato, melhorar um problema real e existente nas empre

sas.

Para seguir esta linha, foi apresentada uma proposta de apresentação do projeto ao Sindiforja, ficando clara neste encontro a necessidade de aproximação da universidade com esse setor, que não

está presente hoje, mas que, opostamente, é rotineiro ao seu principal cliente – a indústria automotiva. Além disso, a possibilidade de visitas a forjarias de diferentes tamanhos e tecnologias foi fundamental para a validação da pesquisa que trata da necessidade da simulação nessas indústrias. Observou-se que as empresas líderes de mercado já usufruem desta tecnologia há algum tempo, demonstrando grandes resultados, o que possibilita a redução do refugo em seus processos. Na contramão, não é impossível que ocorra uma tendência a contornar a falta de tecnologia com o aumento do material para preenchimento das matrizes, com vista a evitar novos índices de refugo durante o forjamento e acelerar a produção, mas com penalizações no custo final.

O apoio à indústria de forjamento é possível, por um lado, por empresas responsáveis por promover consultorias, vendas de softwares, treinamentos de profissionais e hotlines às forjarias e, por outro lado, a academia, responsável pela relação direta com as empresas através do auxílio no desenvolvimento de softwares e geração de conhecimento e recursos humanos. Para as forjarias, a universidade serve como meio de garantir a formação de capital humano na geração de conhecimento e capacitação às novas tecnologias, conforme ilustrado na Fig. 2.

Portanto, não se trata de simplesmente oferecer soluções pontuais às empresas, mas ir até essas e apoiar seus profissionais em seus locais de trabalho, através de troca de experiências e conhecimentos, aumentando sua competitividade no mercado, pois, para se observar um aumento factível de competitividade, é necessário que haja mutualmente um aumento dos benefícios e uma redução de custos (Fig. 3). Desta maneira, quando o assunto é inovação, a simulação sai à frente de demais grupos de melhorias, pois esta é capaz de promover um aumento real de benefícios ao mesmo tempo que possibilita a redução de custos, permitindo às empresas um retorno muitas vezes a curto prazo, dando mais capacidade de serem competitivas de imediato, já que o método dos elementos finitos é tido como um acelerador do processo de conhecimento que permite uma assertividade muito maior quando comparada ao número de tentativas de implementação de mudanças de processo em um ambiente real de trabalho, convergindo os resultados a pontos mais próximos daqueles que serão observados no try-out dos produtos, possibilitando, assim, a redução de custos durante a execução do ferramental.

E são inúmeros os benefícios apresentados pela sua implementação, como a aceleração do tempo de capacitação, devido este acontecer “on the job”, ou seja, a academia vai até a indústria para atuar com seus funcionários na busca de soluções para problemas reais na prática, acelerando os processos de melhoria, reduzindo o custo de matéria prima e desenvolvendo know-how em parceria com a empresa em uma via de mão dupla, motivando as equipes e valorizando o profissional, ganhando, com isso, produtividade e aumentando a competitividade dessas indústrias.

O projeto visa justamente aproximar estes círculos, aumentando a intersecção existente entre eles através do trabalho mútuo entre as três áreas: academia, forjarias e empresas de apoio (Fig. 4), permitindo levar para o setor inovações, soluções, desenvolvimento tecnológico e aumento de competitividade no mercado brasileiro e mundial. Acredita-se, assim, que as universidades possam transcender o seu papel atual de fornecer profissionais talentosos para um mercado, indo além, com ações que levem o aumento de competitividade no ramo de forjaria, criando uma base sustentável de conhecimento acadêmico e experiência para profissionais da indústria no seu local de trabalho que os capacite e os torne autossuficientes para absorverem novas tecnologias através de soluções de problemas reais de forjamento em processos com baixa produtividade, utilizando o método dos elementos finitos e conhecimentos teóricos na prática, contribuindo, assim, para a capacitação das forjarias brasileiras no uso da simulação por elementos finitos do forjamento, para sua independência tecnológica, promovendo o uso da simulação numérica para inovação e aumento de competitividade das forjarias brasileiras, alinhado com os valores humanos e sustentáveis [14] .

Referências

[1] WALTER, John. Qual o próximo passo no desenvolvimento da simulação de forjamento?. Revista FORGE do Brasil. n. 10. 2013. [2] DUARTE, Alisson. Elementos Finitos, como assim?. Revista FORGE do

Brasil. n. 20. 2017.

[3] NAUNHEIMER, Harald et al. Automotive transmissions: fundamentals, selection, design and application. 2nd ed. 2011. [4] TYNE, Chester Van. WALTERS, John. Materiais para forjamento: aço-carbono e aços de baixa-liga. Revista FORGE do Brasil. n. 7. 2011. [5] BEHRENS, Bernd-Arno. KNIGGE, Julian. PFEIFFER, Insa. In: Bettles,

Colleen. Barnett, Matthew. Woodhead Publishing Series in Metals and

Surface Engineering: Advances in Wrought Magnesium Alloys. Woodhead Publishing, 2012. p. 376-389. [6] MATTOS, Marcelo. Importação de veículos cai em março por conta de alta do dólar. Jovem Pan. 04 abr. 2019. Disponível em: <https://

Os autores Alfredo Antonio Jacques Martinelli, Gabriel Gambirazio Grau de Oliveira, Lucas Gibrail, Lucas Scardelatto, Marcos Paulo Reis de Souza, Pedro Henrique Simões Bento Falcirolli, Rafaela Adriana Uribe Pinto, Renan Prado Ribeiro, Rodrigo Pires Caetano, Vinícius Roque Novo e Prof. Dr-Ing. Mauro Moraes de Souza fazem parte do Projeto de Parceria Entre Forjaria Brasileiras e o Departamento de Engenharia Mecânica Plena do Centro Universitário FEI – São Bernardo do Campo, Brasil. Eles podem ser contatado em unierenribeiro@fei.edu.br ou masouza@fei.edu.br

Moldando Inovações Futuras com Forjamento Radial Uma máquina de forjamento radial GFM RF-100 reduz o diâmetro da barra de aço

Brad Fair – American GFM Corporation; Chesapeake, Va. Robert Koppensteiner and Martin Auer – GFM GmbH; Áustria

O forjamento radial é um processo no qual altas forças são transferidas por contato com a superfície das ferramentas para alterar o diâmetro de uma peça por deformação. Nas máquinas de forjamento radial, a rotação da peça é realizada de maneira otimizada e controlada diretamente por um acionamento rotativo oscilante do manipulador. O processo está ganhando popularidade com o advento dos veículos elétricos.

Ainda na primeira metade do século passado, um jovem engenheiro não tinha certeza se deveria seguir sua paixão pela nova indústria emergente de motores O princípio por trás do forjamento radial pode ser subdividido em quatro partes: um acionamento por meio de um eixo excêntrico; um mecanismo biela-manivela (Fig. 1) para a conversão de um movimento de aeronaves ou pela indústria de conformação de aço. Ele conheceu rotativo em um movimento linear; movimento senoidal do martelo e o processo de forjamento radial e percebeu como ele poderia reduzir fortemente as limitações da transmissão de potência mecânica através de eixos. Após o tumulto da Segunda Guerra Mundial, ele fundou uma empresa de engenharia mecânica em Steyr, na Áustria, que oferecia esse tipo avançado de máquina - a "máquina de forjamento radial".

O termo “rotary swaging" (em Português “forjamento rotativo”) descreve um processo semelhante ao forjamento radial. O termo “swaging” é ainda mais antigo, do início do século XIX. O significado original era "moldar ou dobrar usando uma ferramenta". Em máquinas de forjamento rotativo pares opostos de ferramentas atuam repetidamente e sequencialmente, um após o outro, sobre uma peça cilíndrica.

Os tipos de máquinas de forjamento rotativo incluem sistemas de rotação interna, externa e dupla. Para sistemas de rotação interna, as matrizes giram em torno da peça. Por outro lado, para sistemas de rotação externa, elas apenas se movem radialmente. um arranjo radial desses martelos para evitar espalhamento desnecessário de material.

Diferença entre Forjamento Rotativo e Forjamento Radial

Apesar da semelhança básica dos processos, há diferenças significativas entre o forjamento rotativo e o forjamento radial da empresa GFM. Normalmente, as máquinas de forjamento rotativo executam apenas processos de conformação a frio em um sistema aberto, refrigerado e lubrificado com óleo. A força é transmitida por ferramentas convexas. Isso limita a capacidade das máquinas de forjamento rotativo, que podem transferir apenas forças limitadas e processar apenas tamanhos de peças menores (geralmente de arames a barras com menos de 10 cm de diâmetro).

O processo de forjamento rotativo é menos robusto, pois a rotação da peça não é ativamente controlada, sendo a mesma apenas arrastada